KR20110134783A

KR20110134783A - 콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20110134783A
Application number: KR1020100054556A
Authority: KR
Inventors: 김재훈
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-15

Abstract

본 발명은 낮은 전압으로 구동이 가능한 콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 형성되는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 HTP(Helical Twisting Power)를 가지는 카이럴 도펀트(chiral dopant)를 혼합하여 제조한 250nm 내지 450nm의 피치를 가지는 콜레스테릭 액정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법{CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 낮은 전압으로 구동이 가능한 콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

표시 장치는 시각적 정보를 인간에게 전달해주는 매체로써 넓은 화면에서 선명하고 빠르게 영상매체를 보내기 위한 연구개발이 끊임없이 이어져 왔다. 이 중에서도 액정 표시 장치의 기술은 지난 몇 년간 눈에 띄는 성장과 기술개발이 이루어져 TV 시장에서 다른 경쟁 표시 장치 산업과 비교하여 큰 위치를 점령하고 있으며, 이러한 기술적 우위는 향후에도 유지될 것으로 판단된다.

하지만, 치열한 경쟁 구도의 표시 장치 시장에서 액정 표시 장치가 계속적인 기술선두자리를 유지하기 위해서는 가장 큰 기술한계점 중에 하나인 고속응답속도 구현을 위한 기술을 확보하여야 한다. 이러한 이유로 현재 PVA, S-IPS, FFS의 성능 향상뿐만 아니라 블루상 액정 등과 같은 고속 응답형 액정 모드를 통해 대형 액정 표시 장치에서의 동적 이미지의 질적 향상을 위한 고속 응답속도 구현이 가능한 새로운 모드 개발이 활발히 진행되고 있다.

이와 관련하여 콜레스테릭 액정(Cholesteric Liquid Crystal)을 이용한 표시 장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 이에 따르면 높은 구동 전압이 요구된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 낮은 전압으로 구동이 가능하면서 콘트라스트비와 응답속도를 향상시킬 수 있으며, 공정을 단순화할 수 있는 콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적에 따른 본 발명에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 형성되는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 HTP(Helical Twisting Power)를 가지는 카이럴 도펀트(chiral dopant)를 혼합하여 제조한 250nm 내지 450nm의 피치를 가지는 콜레스테릭 액정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치 및 그 제조 방법은 수직 전계를 형성하여 구동함으로써, 종래의 콜레스테릭 액정을 이용하여 수평 전계를 형성하여 구동한 표시 장치와 비교하여 더욱 낮은 전압으로 구동할 수 있는 효과가 있다.

또한, 콘트라스트비와 응답속도를 향상시키고 휘도를 높일 수 있으며, 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 초기 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 초기 상태의 화면을 나타낸 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태의 화면을 나타낸 현미경 사진이다.
도 5는 종래 기술에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 초기 상태의 화면을 나타낸 현미경 사진이다.
도 6은 종래 기술에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태의 화면을 나타낸 현미경 사진이다.
도 7은 블루상 액정의 이중 비틀림 실린더를 나타낸 도면이다.
도 8은 블루상 액정의 제1 상을 나타낸 도면이다.
도 9는 블루상 액정의 제2 상을 나타낸 도면이다.
도 10은 블루상 액정의 제3 상을 나타낸 도면이다.

이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 초기 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치는 서로 대향하는 제1 기판(110) 및 제2 기판(210), 제1 기판(110)과 제2 기판(210)의 사이에 형성되는 액정층(3)으로 구성되어 있다.

제1 기판(110)에는 제1 전극(191)이 형성되고, 제2 기판(210)에는 제2 전극(270)이 형성된다. 제1 전극(191)과 제2 전극(270)에 전압이 인가되면, 액정층(3)에 전기장을 생성하여 액정층(3)을 구성하는 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.

도시는 생략하였으나, 제1 기판(110)에는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트선 및 데이터선, 게이트선 및 데이터선과 연결되어 형성되는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결되어 화소 영역에 형성되는 제1 전극(191)을 포함하여 이루어져 있다. 도 1 및 도 2에서는 제1 전극(191)이 제1 기판(110)상에 형성된다는 개념을 설명하기 위한 도면으로 실제 제1 기판(110) 상에 형성되는 제1 전극(191)의 모양을 나타낸 것은 아니다.

또한, 제2 기판(220)에는 제1 기판(110)의 화소 영역의 가장 자리에 대응하여 형성되는 차광 부재, 화소 영역에 대응하여 형성되는 색필터, 제2 기판(220) 상부의 전면에 형성되는 공통 전극(270)을 포함하여 이루어져 있다.

액정층(3)은 짧은 피치를 가지는 콜레스테릭 액정(short pitch cholesteric liquid crystal)들로 이루어져 있으며, 양의 유전율 이방성을 가진다.

콜레스테릭 액정은 물질 고유의 피치와 같은 광파장 영역을 선택적으로 반사시키는 특징을 가진다. 여러 가지 파장을 가진 빛 예를 들면, 백색광이 콜레스테릭 액정에 입사되면 액정이 가지고 있는 피치와 같은 파장 길이를 가지는 광만을 제외하고는 대부분의 광이 광학 활성(chirality)을 가지고 통과하게 된다.

액정층(3)을 구성하는 콜레스테릭 액정은 HTP(Helical Twisting Power)를 가지는 카이럴 도펀트(chiral dopant)를 혼합하여 250nm 내지 450nm의 짧은 피치를 가지도록 제조한다. 이때, HTP의 정도에 따라 혼합 농도를 조절하여 제조한다.

이하에서, 본 발명의 콜레스테릭 액정 표시 장치의 초기 상태와 전압 인가 상태를 비교하여 살펴본다.

도 1을 참고하면 제1 전극(191) 및 제2 전극(270)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 액정층(3)의 액정 분자들은 짧은 피치를 가지고 나선 형태로 꼬여 있어 광학적 등방성 상태가 되며, 이에 따라 빛샘 현상이 없는 블랙을 표시하게 된다.

도 2를 참고하면 제1 전극(191) 및 제2 전극(270)에 전압이 인가되고 액정층(3)에 전기장이 생성되어 나선 형태가 풀리면서, 제1 기판(110)과 제2 기판(210)의 편광축이 직교로 된 상태에서 화이트를 표시하게 된다.

본 발명에서 제1 전극(191)과 제2 전극(270) 사이에는 수직 전계가 형성되며, 초기의 블랙 상태에서 화이트 상태가 되도록 구동하기 위해 제1 전극(191)에 약 20V의 전압이 인가된다. 이는, 종래의 횡전계 방식의 액정 표시 장치를 구동하기 위해 약 100V의 전압을 인가하는 것과 비교하여 본 발명의 실시예에 의하면 더욱 낮은 전압으로 구동이 가능하다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 초기 상태와 전압이 인가된 상태의 현미경 사진을 도 3, 도 4를 참고하여 살펴본다.

도 3을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 초기 상태에서는 빛샘이 거의 없는 완전한 블랙을 구현할 수 있다. 종래의 횡전계 방식의 액정 표시 장치의 초기 상태의 현미경 사진을 나타낸 도 5와 비교하여 살펴보면, 종래에는 대각선 방향으로 빛샘이 있는 반면에 본 발명의 경우 빛샘이 거의 없음을 확인할 수 있다.

이어, 도 4를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 전압 인가 상태에서는 약 20V의 전압 인가로 화이트를 구현할 수 있다. 종래의 횡전계 방식의 액정 표시 장치의 전압 인가 상태를 나타낸 도 6과 비교하여 살펴보면, 종래에는 약 100V의 높은 전압을 인가해야 화이트를 구현할 수 있는 반면에 본 발명의 경우 약 20V의 낮은 전압으로도 화이트를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

응답 속도 면에서 종래의 액정 표시 장치에 의하는 경우 약 2ms 내지 3ms의 응답 속도를 가지는 반면에, 본 발명의 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 경우 약 1ms의 빠른 응답 속도를 가진다. 또한, 콘트라스트비에 있어서도 종래와 비교하여 본 발명에 의하면 더 높은 콘트라스트비를 가진다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 의한 콜레스테릭 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

제1 기판(110)에는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트선 및 데이터선, 게이트선 및 데이터선과 연결되어 형성되는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결되어 화소 영역에 형성되는 제1 전극(191)을 형성한다.

제2 기판(210)에는 제1 기판(110)의 화소 영역의 가장 자리에 대응하여 형성되는 차광 부재, 화소 영역에 대응하여 형성되는 색필터, 제2 기판(220) 상부의 전면에 형성되는 공통 전극(270)을 형성한다.

HTP(Helical Twisting Power)를 가지는 카이럴 도펀트(chiral dopant)를 혼합하여 250nm 내지 450nm의 짧은 피치를 가지고, 양의 유전율 이방성을 가지는 콜레스테릭 액정을 제조한다. 이때, HTP의 정도에 따라 혼합 농도를 조절하여 제조한다.

제1 기판(110)과 제2 기판(210)의 표면에서의 액정 분자를 정렬하기 위해, 제1 기판(110) 및 제2 기판(210)의 표면에 배향막 처리를 하고 러빙 공정을 실시한다.

제1 기판(110)과 제2 기판(210)을 서로 일정한 셀갭을 유지하도록 하여 합착하고, 제1 기판(110)과 제2 기판(210)의 사이에 콜레스테릭 액정을 주입한다.

본 발명은 콜레스테릭 블루상 액정에 적용되는 것으로, 콜레스테릭 블루상 액정은 전압인가 전에는 광학적으로 등방성 특징을 가지고, 전압인가시 전계 방향으로 광학적으로 이방성 특징을 가진다. 이중 비틀림 실린더(three possible phase)에서 세가지 가능한 상들이 있으며, 이는 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다.

도 7은 블루상 액정의 이중 비틀림 실린더를 나타낸 도면이고, 도 8은 블루상 액정의 제1 상을 나타낸 도면이며, 도 9는 블루상 액정의 제2 상을 나타낸 도면이고, 도 10은 블루상 액정의 제3 상을 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 블루상 액정의 제1 상은 체심 입방 구조(BCC : Body Centered Cubic)이고, 도 9에 도시된 블루상 액정의 제2 상은 단순 입방 구조(SC : Simple Cubic)이며, 도 10에 도시된 블루상 액정의 제3 상은 비정질(Amorphous)이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

110 : 제1 기판 191 : 제1 전극
210 : 제2 기판 270 : 제2 전극
3 : 액정층

Claims

서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판;
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 형성되는 액정층;
상기 제1 기판 위에 형성되는 제1 전극;
상기 제2 기판 위에 형성되는 제2 전극을 포함하고,
상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지는 콜레스테릭 액정으로 이루어지고,
상기 콜레스테릭 액정은 250nm 이상 450nm 이하의 피치를 가지는,
액정 표시 장치.
제1 항에 있어서,
상기 콜레스테릭 액정은 HTP(Helical Twisting Power)를 가지는 카이럴 도펀트(chiral dopant)를 혼합하여 형성하는,
액정 표시 장치.
(a) 제1 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계;
(b) 제2 기판 위에 제2 전극을 형성하는 단계;
(c) 250nm 이상 450nm 이하의 피치를 가지는 콜레스테릭 액정을 제조하는 단계;
(d) 상기 콜레스테릭 액정으로 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는,
액정 표시 장치의 제조 방법.
제3 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 콜레스테릭 액정은 HTP(Helical Twisting Power)를 가지는 카이럴 도펀트(chiral dopant)를 혼합하여 제조하는,
액정 표시 장치의 제조 방법.